Lämmitysjärjestelmä ja hyvä sisäilma

Täällä Pohjolassa oleskelemme yli 90% ajastamme sisätiloissa. Siksi sisäilmastolla on erittäin suuri vaikutus terveyteemme, viihtyvyyteemme ja hyvinvointiimme. Hyvä sisäilmasto saavutetaan oikein suunnitellulla ja toteutetulla lämmitysjärjestelmällä.

Kaksi tärkeää näkökohtaa

Tilaa, jolloin emme koe lämpötilanvaihteluja kutsutaan ns. termiseksi mukavuudeksi. Tavoitteenamme on saavuttaa haluttu huonelämpötila nopeasti ja tarkasti. Tämä on mahdollista tämän päivän nykyaikaisilla elektronisilla säätimillä varustetuilla sähkölämmittimillä. Nämä säätimet havaitsevat pienenkin muutoksen huonelämpötilassa ja säätävät lämmönluovutuksen sen mukaiseksi. Tämä asettaa lämmittimille tiettyjä vaatimuksia, kuten esimerkiksi pienen termisen hitauden.

Termisellä hitaudella tarkoitetaan, että itse lämmönlähteen ympärillä on mahdollisimman vähän massaa. Mitä enemmän on massaa sitä suurempi on lämmittimen terminen hitaus, joka taas aiheuttaa suuremman epätarkkuuden lämmönsäädössä. Esimerkkeinä lämmittimistä, joissa on pieni terminen hitaus ovat yhdistelmä- ja läpivirtauslämmittimet sekä suljetut lämmittimet (ilman täyttöaineita). Vastaavasti lämmittimiä, joissa on suuri terminen hitaus ovat öljy- tai vesitäytteiset lämmittimet ja lämpö joka otetaan kivi- tai betonimassasta. Varaavaa sähkölämmitystä ei tule sekoittaa tähän, koska siinä lähtökohta on erilainen.

Toinen näkökohta, joka tulee huomioida, on sisäilmasto.

Sisäilmastolla tarkoitetaan sisätilojen ilman laatua kokonaisuudessaan. Hyvä lämmitysjärjestelmä ei saa vaikuttaa haitallisesti sisäilmaston laatuun. Seuraavat vaatimukset tulee asettaa lämmitysjärjestelmälle: se ei saa luovuttaa minkäänlaisia epäpuhtauksia ilmaan, sen ei tule aiheuttaa pölyä nostavia pyörteitä, eikä polttaa pölyä. Tämän lisäksi lämmittimen tulisi olla siten konstruoitu, ettei se estä puhtaanapitoa.

Ihmiset uskovat edelleenkin, että sähkölämpö kuivattaa ilmaa. Tämä tieto on täysin väärä. Yksikään sähkölämmitin ei pysty lisäämään tai laskemaan ilman kosteutta. Kun huoneessa vallitsee ns. terminen mukavuus, ihminen suvaitsee suhteellisen suuria vaihteluja ilman kosteudessa ilman, että se aiheuttaa epämiellyttävää oloa.

Se, minkä käsitämme kuivana ilmana, on itse asiassa ilmassa leijuvia pölyhiukkasia, jotka ärsyttävät hengitysteiden limakalvoja. Tästä johtuen tulisi kiinnittää suurempaa huomiota hyvään ilmanvaihtoon ja kodin puhtaanapitoon, sekä pyrkiä välttämään kodissa pölyä synnyttäviä tekstiilejä ym.

Liikkuessamme huoneessa syntyy ilmavirtauksia, myös valaistus ja kodinkoneet aiheuttavat niitä. Kaikki nämä asiat saavat pölyhiukkaset leijailemaan ilmassa. Lämmittimet aiheuttavat konvektiota joka saa aikaan sen, että niiden läpi virtaavan ilman mukana kulkeutuu pölyhiukkasia.

Lämmittimen läpi kulkeutuvat pölyhiukkaset

Kun lämmitin on kytkettynä se lämpenee ja lämpö aiheuttaa ilmavirtauksen lämmittimen läpi. Tätä ilmiötä kutsutaan konvektioksi. Ilmavirtauksen mukana kulkeutuu lämmittimen läpi myös huoneilmassa leijuvia pölyhiukkasia. Voisi helposti kuvitella, että nämä pölyhiukkaset palavat kun ne lämmittimen sisällä törmäävät kuumaan lämpövastukseen, jonka lämpötila saattaa olla jopa 200-300 C.

Näin ei kuitenkaan tapahdu. Kun pölyhiukkaset kulkeutuvat ilmavirran mukana lämmittimeen törmäyskurssilla kohti lämpövastuksia, tapahtuu toinen ilmiö - termodiffuusio. Termodiffuusio toimii siten, että ilmassa olevat hiukkaset työntyvät pois kuumista pinnoista ja vetäytyvät kohti viileämpiä pintoja. Tämä tarkoittaa sitä, että lämpöelementti työntää pölyhiukkaset pois sen pinnoilta ja näin ollen ne ohittavat sen koskematta. Tämä taas johtaa siihen, ettei pölyhiukkasten lämpötila nouse korkeammaksi kuin lämmittimen läpi virtaavan ilman lämpötila, joka rajoittuu n.110-120 C.

Kun tiedetään, että pölyn polttamiseen tarvitaan n. 160 C, voidaan todeta, että lämmittimissä ei tapahdu pölyn palamista. Mitä tulee suljettuihin lämmittimiin voidaan todeta, ettei niiden läpi kulje ilmavirtaa, vaan se kulkeutuu lämmittimen ulkopintoja pitkin. Näiden pintojen korkein pintalämpötila on rajoitettu, kansainvälisten normien mukaisesti, maks.90 C.

Miksi valita huonekohtainen suora sähkölämmitys?

IVO Oy:n Seppo Lehikoisen vuonna 1998 tekemä tutkimus osoittaa, että uudistamalla lämmitysjärjestelmä voidaan lämpöenergiankulutusta vähentää jopa 20-50%:lla. Tutkimuksessa verrattiin seuraavia lämmitysmuotoja: huonekohtainen suora sähkölämmitys (1), varaava sähkölämmitys (2), vesikiertoinen sähkölämmitys (3), öljyvesikeskuslämmitys (4), ÓkombiÓ keskuslämmitys (5), öljylämmitys (6) ja kaukolämpö (7). Keskimääräinen mitattu lämpöenergian kulutus oli 82,4 kWh/m´/vuosi ennen muutostöitä.

Suurin energiansäästö voitiin todeta huonekohtaisen suoran sähkölämmityksen kohdalla, jossa se oli puolittunut. Tämä johtui osittain siitä, että vanha järjestelmä oli erittäin huono sekä siitä, että pystyttiin eliminoimaan vanhojen vesipattereiden putkistojen lämpöhäviöt. Tästä huolimatta voidaan todeta, että 30%:n säästö lämpöenergiakulutuksessa oli helposti saavutettavissa. Tämä tietysti edellytti, että käytössä on nykyaikaiset elektronisella termostaatilla varustetut lämmittimet.

Lämpöteknisesti sähkölämmittimet ovat parhaat, sillä ne sijoitetaan aina ikkunoiden alle missä lämmöneristys on huonoin. Siinä ne paremmin kuin mikään muu lämmitysmuoto poistavat ikkunoista tulevaa kylmänhohkausta.

Lämmittimien pienen termisen hitauden takia ja elektronisten termostaattien ansiosta voidaan hyödyntää kaikki ilmaislämpö mitä huoneeseen tulee. Ilmaislämmöllä tarkoitetaan aurinkoa, tulisijoista tulevaa lämpöä, sähkölaitteita, valaistusta, ihmisiä jne. Termostaatti kytkee lämmittimen todellisen tarpeen mukaisesti, lähes mitään ei mene hukkaan.

Lämmittimen tuottamasta lämpöenergiasta häviää alle 1% lämpöhäviönä sen takana olevan seinärakenteen läpi. Lämmittämällä suuria ulkopintoja (kuten esim. kattoa ja lattiaa) saadaan suurempia lämpöhäviöitä, sillä lämpö kulkeutuu rakenteiden kautta myös ulospäin. Tämä vuorostaan lisää energiankulutusta.

Sähkölämmittimillä toteutettu huonekohtainen lämmitys on huomattavasti edullisempi hankintakustannuksiltaan, verrattuna muihin lämmitysmuotoihin. Se on myös erittäin muutosystävällinen lämmitysjärjestelmä esim. jos seiniä halutaan siirtää tai remonttia tehtäessä.

Miten valita oikea lämmönlähde?

Kun valitaan suora sähkölämmitys, voidaan lämmönlähde valita monista vaihtoehdoista. Sähkölämmittimet (kutsutaan arkisesti myös pattereiksi) voidaan jakaa kahteen pääryhmään: Konvektoreihin ja suljettuihin lämmittimiin. Konvektorit voidaan myös jakaa kahteen ryhmään, yhdistelmä- ja läpivirtauslämmittimiin. Yhdistelmälämmittimet, joita käytetään eniten, luovuttavat lämpönsä kahdella tavalla, osittain säteilylämpönä etupanelista, mutta pääasiallisesti konvektion kautta. Näiden lisäksi löytyy myös lattia- ja kattolämmitys sekä massavaraajat.

Sähkölämmittimet soveltuvat lähes kaikkiin tiloihin. Yhdistelmälämmittimiä löytyy kuiviin (IP20/21) ja kosteisiin tiloihin ( IPX4) sekä vaate- ja lastenhuoneisiin (IP21). Suljetut lämmittimet soveltuvat vain kuiviin tiloihin (IP21).
Valinta näiden kesken tapahtuu käyttökohteen ja henkilökohtaisen maun (design) mukaan. Suurin ero näiden välillä on lämmönluovutustapa. Läpivirtaus luovuttaa pelkästään konvektion kautta ja suljetut lämmittimet pelkästään säteilemällä etupanelista.
Huoneessa tapahtuvassa lämmönjaossakin voidaan huomata eroja riippuen siitä mitä lämmönlähdettä on käytetty. Jos tarkastellaan huonetta, jossa on yksi ulkoseinä sekä yksi ikkuna ja siihen laitetaan eri lämmönlähteitä, voidaan todeta, että tasaisin lämmönjako saadaan yhdistelmälämmittimellä (kuva 2), eikä ikkunasta synny kylmänhohkausta. Myös suljetulla lämmittimellä (kuva 3) saadaan kohtalaisen hyvä lämmönjako, mutta suhteellisen korkean lämpötilan aivan lämmittimen edessä. Tämä johtuu sen lämmönluovutustavasta.

Lattialämmityksellä ei ikkunasta tulevaa kylmänhohkausta voida täysin estää. Tämä johtuu siitä, ettei saada riittävää konvektiota ikkunan alle. Tästä voidaan myös vetää se johtopäätös, ettei lattialämmitys sovi yhtä hyvin kuin sähkölämmittimet esim. olo- ja makuhuoneisiin. Lattialämmitys on silti ehdottomasti paras lämmönlähde kosteisiin tiloihin kuten suihkutiloihin, saunaan sekä tiloihin, joihin on asennettu lattiaklinkkerit sekä myös tuulikaapeissa yhdistettynä esim. yhdistelmälämmittimen kanssa.

Lattialämmitys on esimerkki lämmönlähteestä, jolla on erittäin suuri terminen hitaus, jonka takia on hyvin vaikeata ylläpitää huoneessa termistä mukavuutta. Lattialämmitys soveltuu hyvin varaavaksi lämmitysmuodoksi, jolloin voidaan hyödyntää edullisempaa yöenergiaa päiväsaikaan.

Kattolämmitys (kuva 5) soveltuu hyvin kuiviin tiloihin. Sen terminen hitaus on selvästi pienempi kuin lattialämmityksen, mutta silti suurempi kuin sähkölämmittimien. Kuten lattialämmitys, ei tämäkään lämmönlähde pysty estämään ikkunasta tulevaa kylmänhohkausta.

Lisälämmitysmuotona on vielä mainittava massavaraajat, jotka yhdessä sähkölämmittimien kanssa muodostavat hyvän lämmitysjärjestelmän. Massavaraajiin varataan edullisen yöenergian aikana lämpöä, joka sitten puretaan päiväsaikaan. Massavaraajissa on myös erittäin suuri terminen hitaus mikä vaatii muilta sähkölämmittimiltä hyvät säätöominaisuudet. Muista lämmittimistä riippumatta ei voi välttää sitä tosiasiaa, että massavaraaja päivän ensimmäisinä tunteina kohottaa huoneessa selvästi lämpötilaa, joka kuitenkin tasaantuu ajan myötä.
On muistettava myös, ettei yksikään varaava lämmitin säästä energiaa vaan päinvastoin. Mutta niin kauan kuin edullista yöenergiaa voidaan näillä lämmittimillä siirtää käytettäväksi kalliimman energian aikana säästetään selvää rahaa. Energiaystävällisin ratkaisu on kuitenkin vanha kunnon sähköpatteri nykyaikaisella elektronisella termostaatilla.

Roger Henriksson
/ Siemens AS Sähkölämpö-Elvärme

Lähteet:
Aage Amundsen / Siemens AS Divisjon Elektrovarme

IVO Oy / Seppo Lehikoinen: Studies on renovation of single-family house heating and ventilation system and heat recovery techniques.